基于精细化BIM模型的钢结构桥梁工程量自动统计技术研究

基于精细化BIM模型的钢结构桥梁工程量自动统计技术研究

张松

保利长大工程有限公司   广东广州 511430

摘要：为了能够有效的解决钢结构桥梁工程量的自动统计技术存在的问题，在本篇文章当中主要针对于基于精细化BIM模型的钢结构桥梁工程量自动统计技术进行相关的分析，该技术显著的提升了整体钢结构桥梁工程统计的效率。

关键词；钢结构桥梁；BIM；自动统计

引言

近些年来伴随着我国社会经济的不断的发展，我国的基础设施的建设也得到了显著的提升，同时各种新的技术方法的出现，也使钢结构桥梁的焊接、震动、包括桥梁的上下结构设计等方面的应用技术变得越来越成熟。钢结构桥梁现在已经广泛的使用在了铁路，公路以及人行天桥当中，但是在使用的过程当中我们也不难发现，使用传统的基于平面图形的表达式以及基于计算表的工程量统计方法无法满足于现代化的复杂钢结构桥梁的使用。因此在本篇文章当中主要会通过某大桥工程基于CATIA软件提出一套更加适合钢结构桥梁的精细化建模方法，有效地实现了钢结构桥梁的工程量自动统计，并且也提升了复杂钢结构桥梁工程量统计的效率。

1、项目工程概况

 某施工大桥在进行设计的过程当中，时速为每小时350km，该桥梁位于重庆市境内，桥梁的全场达到了372m，其主桥是中承式拱桥，该桥梁的主桥拱圈跨度为282m，高是70.5m，矢跨比为1:4，该桥梁属于超大跨度铁路拱桥，整体来说设计的还是比较新颖的，而且技术含量也比较高。桥梁的主拱圈利用的是钢筋混凝土骨架，主拱圈是由两片平行布置的主拱肋相连接而成的，主拱肋箱体的横向宽度是2.9m，其高度从拱脚处的6.9m过渡到了拱顶位置的3.9m。

主桥的主拱圈利用的是劲性骨架结构，整体的构件种类非常的多，而且数量也比较庞大，形状各异，而当我们在进行桥梁施工的过程当中针对于设计量的负荷以及钢结构招标，包括运输方案等都需要进行多次统计。现阶段施工人员在进行钢结构桥梁的工程量统计的时候，一般来说都是根据设计图纸以及板材和管材的不同类型，利用计算表来进行手算的，可以说整体的计算效果非常的低，而且整体的效率非常的慢，针对于劲性骨架这种非常复杂的桥梁来说，计算工程量过大，这也会给施工人员造成非常大的压力，而且同种构件一般来说都是通过标准断面图来进行计算的，然后再推算出类似断面的工程量，其节点结构没有办法真正的按照实际工程量来进行计算，所以说最终的计算精度也并不是特别的高，有许多形状比较复杂，参数变化比较大的构件没有办法进行精确化的计算。

2、钢结构桥梁精细化建模

 本文当中所研究工程的空间结构非常的复杂，而且整体的钢结构属于复杂性的组装，零部件数量比较多，尺寸变化非常大，为了能够更好的解决该桥梁基于BIM模型的钢结构工程量的统计问题，我们可以使用骨架+模板的建立方法，并且使用相应的工程参数化来对其进行设计，其中骨架参数主要是使用在桥梁的空间尺寸控制里面，模板参数当中包含着每一个零部件的具体的信息，这样更加方便于我们后期进行精准的计算。

通过针对于本项目进行应用，我们可以总结出一个更加标准化的建模流程。首先应该通过建立通用性比较好的材质特征库以及构件模板库，这样做更加方便于类似的桥梁工程可以进行反复使用，可以有效的提升类似工程的计算效率，同时也需要针对于每一个构件进行独立的建模，真实的反映出每一个构件的具体形状以及三维空间位置。建立一个更加精准的三维模型，以便针对于钢结构桥梁的工程量进行精准的计算，指导构件的实际安装，可以有效的解决在施工过程当中所面临的那些形状非常的复杂，而且参数多变的构件。同时也需要提高桁架以及钢拱包括钢箱梁等分段长度的准确性，这样更加方便于统计钢结构的分段以及分解的工程量，可以更好的提升整体工程设计的质量以及效率。

2.1定义材质特征库

根据桥梁工程的具体特点以及统计的需求，首先应该将材质特征库分成三种材质，分别是 钢材、层以及焊缝等，然后再根据图纸当中的具体情况在材质特征库当中进行名称的定义，形成适合该工程的材料特征库。

2.2建立构件模板库

根据图纸的具体内容来整理好钢结构构件的类型，分别搭建多个模板库，根据构件的具体特点输入参数信息以及相关的条件，模板库的输入条件主要是用来进行控制模板位置，模板库的信息主要包括各个构件的尺寸参数以及材质和参考位置偏移量等。

2.3建立桥梁的空间控制点

文章所研究工程是劲性骨架钢筋混凝土拱桥，所以说在搭建桥梁主体模型的时候，第一步就是一定要确定好桥梁的空间控制点，主要的创建思路就是针对于线路中心线以及拱轴线进行创建。

①线路中心线。参考图纸当中的平曲线以及竖曲线等一系列信息来计算出桥梁的空间定位，并且需要找到线路中心线的具体控制点坐标，可以通过绝对坐标以及相对坐标这两种方法来对其进行创建，然后得出线路中心线。

②拱轴线。在得到了线路中心线之后，需要通过线路中心线以及桥梁布置图上面的相对关系创造出桥梁模型的相对坐标系，然后在坐标系上通过图纸的空间来创造出若干个控制点，把空间控制点进行拟合，这样就能够得到相应的断面。

2.4建立出各个构件的定位点

该桥梁的整体造型非常的复杂，主桥是中承式钢筋混凝土平行拱桥，各个节点的杆件的尺寸跟搭接角度都是完全不同的。因此在建模的时候，我们需要结合已经得到的拱轴线上面的断面以及图纸当中的各个截面的相对关系来得出各个节点的搭接定位点。

2.5各个构件的创建以及整合

根据各个构建的具体结构情况以及数量表建立一个待建桥梁模型，首先需要根据构件的位置跟名称搭建出模型结构树，这样更加方便于我们针对其进行查找以及分类，然后需要调用各个构件的模板，按照图纸的位置关系跟模板输入我们的要求，再把各个构件的结构定位点跟参考线面当做是输入的条件，并且根据图纸数量来修改好每一个模板的参数，在实例化之后就能够得到该构件的具体模型。所有的构件全部创立完毕之后，基于模型结构数来对其进行整合，这样我们就可以得到大桥钢结构的完整模型。

3、钢结构桥梁的工程量自动统计

 在完成BIM模型之后，如果人工手动获取数据比较费时的话，那么我们可以考虑使用VB来针对于CATIA进行二次开发，这样可以在所提供出来的编辑器环境当中进行小程序的应用，能够快速且批量化的实现各个工程数据的提取跟分类。然后通过程序引入excel库，并且把参数按照工程统计要求直接生成excel表格，按照指定的表格形式对其进行保存，这样就能够有效地实现工程量表的自动生成，可以减少工作人员手动操作的重复性劳动以及出错的概率，更好的提升了整体工作效率以及质量。

3.1模型处理和拆分

根据工程量的统计需求，需要针对于工程量的部分模型进行必要的处理及拆分，因为这样更加方便于针对后续工程量的自动统计以及分析。在进行拆分的时候，主要包括两方面的内容，第一个就是统计模型归类，指的是在搭建完毕整体的模型之后，需要将所有的模型都对其进行集合以及分类，但是有的时候工程量统计并不需要统计整座桥的工程量，所以说应该将需要统计的模型放入到一个几何图形里面，针对其进行区分，找出需要统计跟不需要统计的模型，减少针对于后期数据的处理。第二点是模型的拆分，在搭建模型的时候需要按照构件为最小模型单元进行建模，但是工程量的统计可能会应用到更加小单位的拆分，所以这个时候就需要把建好的模型对其进行进一步的拆分。

3.2读取模型参数信息

需要以CATIA VB编辑器当做是开发环境，然后实现批量化模型参数信息的读取，分为三步，第一步是关联当前的文件，然后第二部为选择几何图形集，第三步就是针对于模型的名称跟参数进行读取。

3.3输出excel表格

编辑器可以直接引用excel库，然后实现针对于表格的读取跟收入，分为以下几个步骤，首先是读取工程量的统计表格模板，然后针对于数据进行处理，最后完成文档的保存。

结束语：

综上所述，在本篇文章当中，主要针对于钢结构桥梁的参数化建模技术以及工程量的自动统计进行了相关的探讨，并且提出了一种钢结构桥梁的标准化建模方法，这样能够更好的精确桥梁模型在总体空间当中的参照定位，并且使用VB针对于CATIA进行了二次开发，有效的实现了工程量的自动化统计，增加了整体统计结果的可靠性，提升了整体的工作效率。

参考文献：

[1] 周应华,瞿浩,景磊. 基于精细化BIM模型的钢结构桥梁工程量自动统计技术研究[J]. 土木建筑工程信息技术,2020,12(4):34-39.

[2] 周应华,瞿浩,景磊. 基于精细化BIM模型的钢结构桥梁工程量自动统计技术研究[J]. 公路,2020,65(7):109-112.

[3] 广西建设职业技术学院. 一种钢结构桥梁面非标铆钉工程量计算测具:CN201920837208.7[P]. 2020-02-21.

[4] 中铁二局集团勘测设计院有限责任公司. 一种用于精细化计算钢结构桥梁工程量的建模方法:CN201810935874.4[P]. 2019-01-11.